電力系統連續故障分析研究

【摘 要】電力系統的連續故障是指電力系統中的某個電器元件在運行過程中損壞，導致系統中其他的一些電器元件停止運行的一系列反應。電力系統的連續故障發生的概率比較低，但是一旦發生將造成重大影響。嚴重的電力系統連續故障會導致整個電力網絡的解列，造成大面積的突然停電，將會帶來重大的經濟損失?，F在隨著電力系統的發展，逐漸形成電力網絡，電網的運行負荷越來越高，接近于飽和狀態，電力系統的連續故障如果發生將會帶來很嚴重的后果，因此對電力系統連續故障的分析研究是非常有必要的。

【關鍵詞】電力系統；連續故障；解決方法

我國的電力發展進入了電力網路、超高電壓、自動化和信息化的時代，電如今已經成為人們生活和生產必需的生活資源和生產資源，如果一旦發生電網的故障將會帶來工廠的停產，人們正常生活受到干擾，并且會危及到病人的生命，將會造成重大的損失，社會影響嚴重，因此要在最大限度上保證電力系統的安全可靠。

一、分析電力系統連續故障的成因

引發電力系統的連續故障的原因是多種多樣的，主要的事故發生因素有：自然因素、人為因素、設備缺陷、電網結構因素及混合因素等。自然因素一般是不可抗力引起的造成電網事故。人為因素是指人為故意破壞或者是人為無意造成破壞，從而引起的線路斷路器的跳閘。設備缺陷是指系統中使用的元器件存在質量問題在使用中耐負荷性降低，導致電流擊穿損壞，從而引起一系列的連鎖反應。電網結構因素是指網架結構設計不合理，結構薄弱，系統規劃不合理，系統受擾動能力差，易受到破壞。電力系統很多大的事故通常都是有多個原因共同發生引起的，而這些事件一般是連鎖反應，有一個事件為起點，引發一系列的連鎖反應。

二、電力系統故障的分析方法研究

電力系統連續故障發生比較頻繁，并且故障出現的形式多種多樣，且搜索連鎖故障需要模擬保護動作 性能和安全自動裝置的控制措施，因此連續故障發生的診斷和事故結果分析具有一定的困難，未解決這個問題，技術人員應用現在最先進的數據模型技術對各種可能出現的情況進行資料收集并對這些數據進行分析處理，建立各種數據模型，通過這些模型來分析電力系統連續故障發的機理和特點，并對其可能的擴展方向進行預測。

（一）故障模式搜索

故障模式搜索法主要通過解析法、隨機模擬法、狀態空間分析等方法對電網事故進行模擬計算，找出導致電網系統連續故障的發生模式。

解析法基于確定行的判據，如N-1判據，比較方便于理解和實現，但是對于處理連續性的參數和不確定因素的處理有一定的難度。采用啟發式搜索的方式可以有效的避免該方法盲目的開斷選擇，通過系統的模擬計算能夠快速的將導致電壓失穩的故障模式尋找出來。隨機模擬是建立在蒙特卡洛的概率抽樣算法基礎上的，只要有足夠長的模擬時間，該方法可以搜索所有的故障模式。

（二） 模型分析法

模型分析法是將電力系統看做是很多的個體與個體之間相互聯系，共同作用構成的一個整體。在設計的模型中分析電力系統的運行狀況，和可能出現的問題，以及對系統的運行穩定性進行評估分析，從而建立系統連續故障數學模型，并在模型的基礎上進行相關的運算分析。

三、基于不確定性決策理論的方法

為了能夠實現電力系統連續故障的在線快速預測搜索，并且盡可能的保證搜索結果的合理性，要綜合考慮事故原發性和保護動作不確定性的影響。對于故障的發生的起始點，以及可能導致故障發生的因素進行分類整理，并且針對可能引起故障蔓延的因素對線路故障歷史統計概率和實際裝態對故障的起始點進行分析，判斷該故障是否具有擴展性。搜索過程從原發性故障的分類上，交替的潮流計算和穩定計算，并基于繼電保護運行的歷史數據的統計和當前的實際情況，繼電保護的動作決定和排序，尋找下一個線開路，直到系統不穩定，導致連鎖故障模型排序。為了避免重復采樣，以確保搜索過程的快速性，與歷史的統計概率時確保搜索的合理性，要與前者的條件相結合，在一定程度上這具有良好的應用前景。

（一） 事故因素分析模型

如果系統有N條輸電線路，為了便于分析，只對其中一條線路分析故障，因此共有N個初始故障待選方案，定義X={x1，x2，......xN}為線路初始故障方案集。線路故障發生的因素，不僅是歷史統計相關，以目前的狀況也有關。為了實現在線預測各種導致線路故障因素，必須要將與內部和外部環境和系統相結合。將線路故障歸結為四大類原因：自然因素、人為因素、設備缺陷和其他未知的原因，據此定義屬性集U={U1，U2，......UN}其中各元素為引發線路故障的原因。

（二）初始故障的選擇

由于不可能提前知道初始故障決策矩陣的每個屬性值信息量，加上最大偏差決策法計算各屬性對應的權重，然后把初始故障的可能性進行排序，方法如下：

假設屬性權重向量W=（W1，W2，......WN），Wj≥0（0，1，2.....N），并且滿足單位的約束矩陣。

四、故障分析的兩個階段

電網連續故障搜索主要考慮一系列的因果分析的時間尺度上，可以分為一系列事件運行。根據這一原則，繼電保護動作特性可以根據兩個階段來考慮。

（一）第一階段

第一階段是初始故障階段，根據系統實現的初始故障的在線預測，如果未發生，繼電保護器的動作也要基于歷史數據和目前的實際情況進行預測，在這個階段要考慮兩種繼電保護動作模式，主保護拒動的后備保護動作正確，排除故障。

（二）第二階段

第二階段考慮的是當初始故障被分離后，剩下的系統因為為負荷潮流的轉移導致相鄰系統的電器元件出現負荷過載，電器元件運行開始出現不正常直至導致電網系統的大范圍跳閘。一般對象為最大可能性的跳閘模式，而且保護的概率較小，安裝故障線路被排除關閉來設計。而線路的排除關閉要考慮兩種模式：一是線路存在保護措施，可以在一定程度上延時跳閘；二是繼電保護意外觸動。

電力系統的潮流總是處在變化之中，在以不同的方式運行，而潮流的不同的狀態將決定在相同的情況下故障被切除后是否會發生相應的連續反應。因此，將故障形成時潮流的狀態作為故障發生前狀態的假定情況輸入模型中，在分析時針對潮流的狀況進行分析，如果在故障發生時潮流的波動比較大，則建立的模型只能針對某一種潮流的狀態進行分析，無法進行全面分析，而潮流的連續故障路徑需要按照提出的模型以變化后的潮流狀態重新帶入模型計算，輸出計算結果。

參考文獻：

[1] 陳惠粉，張毅威，閔勇，喬穎，魯宗相. 集群雙饋風電場的分次調壓控制[J]. 電力系統自動化. 2013（04）

作者簡介：

余川 1977.11、男、漢族，大學本科學歷，工程師，從2000年起長期從事輸配電及用電工程研究工作。